CN215219251U - 一种高效散热的800g光模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高效散热的800G光模块，其对于发射端和接收端进行散热，散热效果好，包括能够拼接成一体的上壳体、下壳体以及设置在所述上盖体和下壳体之间的PCB电路板，所述PCB电路板上设置有控制芯片、发射端组件、接收端组件，其特征在于：所述发射端组件设置在所述PCB电路板的第一表面上，所述控制芯片、接收端组件分别设置在所述PCB电路板的第二表面上，还包括金属热沉，所述金属热沉的上表面分别与所述接收端组件以及所述发射端组件相贴近，所述金属热沉的下表面与所述下壳体相贴近。

Description

一种高效散热的800G光模块

技术领域

本实用新型涉及光通信技术领域，具体涉及一种高效散热的800G光模块。

背景技术

随着我国光通信行业的持续高速发展，通信技术的更新与升级，光模块作为构建现代高速信息网络的基础，在光通信行业中起着至关重要的作用，其不断发展是必然趋势。

目前800G光模块配套电路复杂，电子元器件种类及数量繁多，布线密度高，布板空间有限，设计难度大，相比于传统的光子技术，如果将硅光技术应用到800G光模块中，更能满足光模块行业对于更低成本、更高集成度、更高速率、更低功耗和可靠性的迫切需求，是解决当前功耗、速率、布板空间等多方面瓶颈问题的关键技术。

随着800G光模块的传输速率指标更高，同时功耗发热也越大。要保证光模块稳定工作性能，光模块结构设计中必须保证足够的散热能力来保证光模块的各个器件都工作在其要求的温度范围内。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种高效散热的800G光模块，其对于发射端和接收端进行散热，散热效果好。

其技术方案是这样的：一种高效散热的800G光模块，包括能够拼接成一体的上壳体、下壳体以及设置在所述上盖体和下壳体之间的PCB电路板，所述PCB电路板上设置有控制芯片、发射端组件、接收端组件，其特征在于：所述发射端组件设置在所述PCB电路板的第一表面上，所述控制芯片、接收端组件分别设置在所述PCB电路板的第二表面上，还包括金属热沉，所述金属热沉的上表面分别与所述接收端组件以及所述发射端组件相贴近，所述金属热沉的下表面与所述下壳体相贴近。

进一步的，所述接收端组件至少分成两个接收端，所述发射端组件至少分成两个发射端，所述接收端和所述发射端交错设置。

进一步的，所述接收端分别包括顺序设置的接收端光纤阵列、硅光芯片、电芯片、第一陶瓷基板，所述电芯片通过金属垫块安装到所述PCB电路板，所述硅光芯片、电芯片、第一陶瓷基板之间通过金线键合，所述硅光芯片、电芯片、第一陶瓷基板等高设置。

进一步的，所述金属热沉上对应所述电芯片、硅光芯片、接收端光纤阵列设有避让凹槽，所述电芯片、硅光芯片、发射端光纤阵列通过导热片与所述避让凹槽相贴近。

进一步的，所述发射端分别包括激光器、光学透镜、光隔离器阵列、发射端光纤阵列、热电制冷器，所述激光器、光学透镜分别设置在陶瓷垫块上，所述陶瓷垫块与所述热电制冷器的冷面相贴，所述PCB电路板上对应所述热电制冷器设有避让区，还包括第二陶瓷基板，所述激光器与所述第二陶瓷基板之间通过金线键合。

进一步的，所述金属热沉上对应所述热电制冷器设置有第一导热凸台，所述热电制冷器的热面与所述第一导热凸台相贴，所述热电制冷器与所述第一导热凸台之间涂有导热胶，所述金属热沉上对应所述光隔离器阵列、发射端光纤阵列设置有第二导热凸台，所述光隔离器阵列、发射端光纤阵列分别设置在所述第二导热凸台上。

进一步的，所述金属热沉上设置有固定孔，所述金属热沉通过螺栓与所述固定孔配合与所述PCB电路板固定在一起。

进一步的，所述接收端光纤阵列和所述发射端光纤阵列分别包括V槽盖板、光纤、底板，所述光纤位于所述V槽盖板和底板之间。

进一步的，激光器通过贴片的方式固定于陶瓷垫块上，光学透镜以粘胶的方式固定于陶瓷垫块上，光隔离器阵列和发射端光纤阵列通过粘胶的方式固定于金属热沉上，第二陶瓷基板通过BGA焊接的方式设置在PCB电路板，热电制冷器通过贴片或粘胶的方式固定于金属热沉上。

进一步的，所述接收端光纤阵列和所述金属垫块通过粘胶的方式固定于PCB电路板上，所述电芯片以粘胶的方式固定在所述金属垫块上。

在本实用新型的800G光模块中，通过设置一块金属热沉同时给接收端和发射端进行散热，可以保证足够的散热能力来保证光模块的接收端和发射端各个器件都工作在其要求的温度范围内；由于接收端的硅光芯片较大，发射端的激光器分成两组，对应的热电制冷器也分成两个，通过1个陶瓷垫块将两个热电制冷器的冷面连接在一起，利用两个热电制冷器协同工作，有效解决了两部分激光器的同步控温需求。

附图说明

图1为实施例中的800G光模块隐藏壳体后的第一视角的示意图；

图2为实施例中的800G光模块隐藏壳体后的第二视角的示意图；

图3为实施例中的800G光模块隐藏壳体和金属热沉后的示意图；

图4为实施例中的800G光模块PCB电路板与金属热沉分离后的示意图

图5为实施例中的金属热沉的示意图；

图6为800G光模块的示意图；

图7为图1中A处的放大示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

见图1至图7，本实用新型的一种高效散热的800G光模块，包括能够拼接成一体的上壳体1、下壳体2以及设置在上盖体1和下壳体2之间的PCB电路板3，PCB电路板3上设置有控制芯片4、发射端组件5、接收端组件6，发射端组件4设置在PCB电路板的第一表面31上，控制芯片4、接收端组件6分别设置在PCB电路板的第二表面42上，还包括金属热沉7，金属热沉7的上表面分别与接收端组件5以及发射端组件6相贴近，金属热沉7的下表面与下壳体2相贴近，通过这样的设置，可以通过金属热沉7将发射端组件5、接收端组件6的热量引导到下壳体2，上壳体1、下壳体2可以采用散热良好的金属制成，下壳体2的热量可以传导到上壳体1上，通过上下壳体同步散热，进一步提高散热效果。

本实用新型所述的发射端组件布置在PCB电路板的第一表面，即靠近上盖的一侧，接收端组件布置在PCB电路板的的第二表面，即靠近下壳的一侧，发射端和接收端交叉布置，合理利用了布板空间，结构合理，布板紧凑，降低了布板难度，有效解决了布板空间不足的问题。

在本实用新型的一个实施例中，接收端组件6分成两个接收端6A，发射端组件分成两个发射端5A，接收端6A和发射端5A交错设置，如图4所示，按照一个发射端5A、一个接收端6A、一个发射端5A、一个接收端6A的形式交错布置。

具体的，接收端分别包括顺序设置的接收端光纤阵列61、硅光芯片62、电芯片63、第一陶瓷基板64，电芯片63通过金属垫块65安装到PCB电路板3，硅光芯片62、电芯片63、第一陶瓷基板64之间通过金线键合，硅光芯片62、电芯片63、第一陶瓷基板64等高设置。

当前光模块行业背景下的硅光技术，硅光芯片厚度普遍较厚，电芯片与硅光芯片间存在一定的高度差，导致金线键合长度较长，高速性能无法得到有效保证。若通过在PCB电路板上挖槽的方式来消除电芯片和硅光芯片间的高度差，势必会造成PCB电路板强度不足的问题。

电芯片63固定在金属垫块65上，通过金属垫块65的厚度来消除电芯片63与硅光芯片62间的高度差，金属垫块由导电性能良好的金属材料制成。电芯片通过金线键合的方式连接第一陶瓷基板64，实现电路转接。电芯片的键合焊盘与硅光芯片、第一陶瓷基板上相应键合焊盘贴近对齐，以确保金线长度尽可能短，具有较好的高速性能。

对应接收端的设置，金属热沉7上对应电芯片63、硅光芯片62、接收端光纤阵列61设有避让凹槽71，电芯63片、硅光芯片62、接收端光纤阵列61可以通过导热片与避让凹槽71相贴近，电芯63片、硅光芯片62、接收端光纤阵列61也可以直接贴近避让凹槽71。

具体在本实施例中，发射端分别包括激光器51、光学透镜52、光隔离器阵列53、发射端光纤阵列54、热电制冷器55，激光器51、光学透镜52分别设置在陶瓷垫块56上，陶瓷垫块56与热电制冷器55的冷面相贴，PCB电路板3上对应热电制冷器设有避让区33，还包括第二陶瓷基板57，激光器51与第二陶瓷基板57之间通过金线键合。

光隔离器阵列和光纤阵列通过粘胶的方式固定于金属热沉上，与激光器保持高精度的位置关系。光学透镜以粘胶的方式固定于陶瓷垫块上，设置于激光器和光隔离器阵列之间，将激光器发出的发散光透过光学透镜会聚于光纤阵列端面，继而进入光纤，实现光信号的传输，利用陶瓷基板实现发射端的电路转接，有效解决了激光器组件与PCB电路板之间存在的高度差问题，极大缩短了打线长度，具有较好的高速性能。

光隔离器阵列和光纤阵列都是放置在金属热沉上的，把光隔离器阵列、光纤阵列、以及热电制冷器都放置在热沉上，是为了保证热电制冷器上的激光器和光学透镜跟隔离器、光纤阵列在同一材质基底上，避免TE(跟踪误差)问题造成的环境变化导致材料、胶水等形变造成光功率变化。

激光器与PCB电路板之间通过第二陶瓷基板的BGA焊接方式实现电信号的传输，激光器组件与第二陶瓷基板之间通过金线键合的方式实现电信号的传输，激光器键合焊盘与陶瓷基板上相应键合焊盘贴近对齐，以确保金线长度尽可能短，保证高速信号的传输性能。

对应的，金属热沉7上对应热电制冷器55设置有第一导热凸台72，热电制冷器55的热面与第一导热凸台72相贴，金属热沉7上对应光隔离器阵列53、发射端光纤阵列54设置有第二导热凸台73，光隔离器阵列53、发射端光纤阵列54分别设置在第二导热凸台73上，热电制冷器底部涂有导热胶，以确保热电制冷器散热面与金属热沉间具有良好的导热性。

本实施例中的激光器分为两组，每组4个，热电制冷器为2个，2个热电制冷器上方通过1个陶瓷垫块将热电制冷器的冷面连接在一起，两组激光器置于陶瓷垫块上方，一组激光器组件对应1个热电制冷器，两个制冷器同步工作，实现对激光器温度的同步控制。

此外，发射端组件的光纤阵列连接到PCB电路板的光口34，发射端组件的光纤阵列连接到PCB电路板的光口34，PCB电路板的一端为电口35。

此外在本实施例中，金属热沉7上设置有固定孔74，金属热沉7通过螺栓与固定孔74配合与PCB电路板3固定在一起，使得金属热沉与PCB电路板的固定更加可靠。

此外，接收端光纤阵列和发射端光纤阵列的结构相同，以接收端光纤阵列为例进行说明，分别包括V槽盖板611、光纤612、底板613，光纤612位于V槽盖板611和底板613之间，V槽盖板呈倒梯形，可以方便夹持。

本实用新型针对现有光模块在封装结构上存在的不足，提供一种800G光模块的结构，不仅能够保证光模块元器件及配套电路有足够的布板空间，同时还保证了较好的高速性能，并且结构简单可靠，可利用现有的成熟工艺，具有较好的量产可行性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种高效散热的800G光模块，包括能够拼接成一体的上壳体、下壳体以及设置在所述上壳体和下壳体之间的PCB电路板，所述PCB电路板上设置有控制芯片、发射端组件、接收端组件，其特征在于：所述发射端组件设置在所述PCB电路板的第一表面上，所述控制芯片、接收端组件分别设置在所述PCB电路板的第二表面上，还包括金属热沉，所述金属热沉的上表面分别与所述接收端组件以及所述发射端组件相贴近，所述金属热沉的下表面与所述下壳体相贴近。

2.根据权利要求1所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述接收端组件至少分成两个接收端，所述发射端组件至少分成两个发射端，所述接收端和所述发射端交错设置。

3.根据权利要求1所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述接收端分别包括顺序设置的接收端光纤阵列、硅光芯片、电芯片、第一陶瓷基板，所述电芯片通过金属垫块安装到所述PCB电路板，所述硅光芯片、电芯片、第一陶瓷基板之间通过金线键合，所述硅光芯片、电芯片、第一陶瓷基板等高设置。

4.根据权利要求3所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述金属热沉上对应所述电芯片、硅光芯片、接收端光纤阵列设有避让凹槽，所述电芯片、硅光芯片、发射端光纤阵列通过导热片与所述避让凹槽相贴近。

5.根据权利要求4所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述接收端光纤阵列和所述金属垫块通过粘胶的方式固定于PCB电路板上，所述电芯片以粘胶的方式固定在所述金属垫块上。

6.根据权利要求3所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述发射端组件分别包括激光器、光学透镜、光隔离器阵列、发射端光纤阵列、热电制冷器，所述激光器、光学透镜分别设置在陶瓷垫块上，所述陶瓷垫块与所述热电制冷器的冷面相贴，所述PCB电路板上对应所述热电制冷器设有避让区，还包括第二陶瓷基板，所述激光器与所述第二陶瓷基板之间通过金线键合。

7.根据权利要求6所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述金属热沉上对应所述热电制冷器设置有第一导热凸台，所述热电制冷器的热面与所述第一导热凸台相贴，所述热电制冷器与所述第一导热凸台之间涂有导热胶，所述金属热沉上对应所述光隔离器阵列、发射端光纤阵列设置有第二导热凸台，所述光隔离器阵列、发射端光纤阵列分别设置在所述第二导热凸台上。

8.根据权利要求7所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述金属热沉上设置有固定孔，所述金属热沉通过螺栓与所述固定孔配合与所述PCB电路板固定在一起。

9.根据权利要求8所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述激光器通过贴片的方式固定于陶瓷垫块上，光学透镜以粘胶的方式固定于陶瓷垫块上，光隔离器阵列和发射端光纤阵列通过粘胶的方式固定于金属热沉上，第二陶瓷基板通过BGA焊接的方式设置在PCB电路板，热电制冷器通过贴片或粘胶的方式固定于金属热沉上。

10.根据权利要求6所述的一种高效散热的800G光模块，其特征在于：所述接收端光纤阵列和所述发射端光纤阵列分别包括V槽盖板、光纤、底板，所述光纤位于所述V槽盖板和所述底板之间。

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